VIRY A 26S PROTEAZOM: cesta k destrukci

1
VIRY A 26S PROTEAZOMcesta k destrukci

• Zuzana Kauerová
• 2004/2005

2
1. Když se rekne proteazom

• Velké membránové multipodjednotkové komplexy,
  obsahující proteázy
• Hlavní úkol degradace intracelulárních proteinu
• Výskyt jádro a cytoplazma u eukaryotních bunek

3
1.1 Hlavní funkce

• Odstranují abnormální proteiny z bunky
• Podílejí se na reakcích na stresové situace
  degradací proteinu, oznacených ubikvitinem (Ub)
• Jako soucást Ub systému se zapojují do regulace
  bunecných procesu
• Kontrolují diferenciaci bunek (degradují
  transkripcní faktory a metabolické enzymy)
• Velkou roli hrají v imunitním systému, kde
  vytvárí peptidy MHC glykoproteinu I. trídy

4
1.2 Proteinová degradace

• Nove objevený mechanizmus bunecné regulace
• Hlavní výhoda proteolýzy rychlost, umožnující
  bunce rapidní redukci hladiny urcitých proteinu
• Nevratný dej kompletní ztráta funkcí
• Základní požadavek vysoká specifita

5
1.3 Ubikvitinace

• Nejobecnejší zpusob oznacování proteinu k
  degradaci v proteazomech
• Pripojení retezce ubikvitinu o 76 aminokyselinách
• Katalýza
• - E1 aktivující enzymy
• - E2 konjugacní enzymy
• - E3 vazebné enzymy (pouze v nekterých
  prípadech)

6

• Proces degradace s ubikvitinem
• Ubikvitin je aktivován vytvorením thiosterové
  vazby s aktivacním enzymem E1. Ubikvitin je pak
  prenesen do aktivní cysteinové skupiny
  konjugacního enzymu E2, který ubikvitin naváže na
  aminoskupinu zbytku lyzinu substrátového
  proteinu. Pro tento proces je v nekterých
  prípadech nutná kooperace s enzymem E3. Opakovaná
  konjugace ubikvitinu s lyzinovými zbytky vede ke
  vzniku multiubikvitinových retezcu, které,
  navázané na substrátový protein, jsou rozeznány a
  degradovány v proteazomech. Multiubikvitinový
  retezec se uvolní z komplexu a ubikvitin je
  recyklován.

7
1.4 Struktura proteazomu

• 2 cásti
• 20S proteazom jádrem vetší cástice 26S proteazomu
• Oba komplexy existují v dynamické rovnováze
• Hlavní rozdíl 26S proteazom degraduje
  ubikvitinované proteiny, 20S proteazom ne gt 26S
  proteazom využívá ATP
• Prídavná cást 19S vícka - slouží k zachycení a
  pritáhnutí oznaceného proteinu do proteazomu

8
1.5 Funkce 26S proteazomu

• Plní životne duležité funkce
• kontrola bunecného cyklu
• bunecná diferenciace
• regulace metabolických drah
• role ve stresových situacích
• odstranování abnormálních proteinu

9
(No Transcript)
10
(No Transcript)
11
Obr. Proteazom na gelu a v elektronovém
mikroskopu
12
2. Proteazom a viry

• Ke konci 90. let bylo objeveno, že onkoprotein E3
  lidského papillomaviru vede k proteazomové
  destrukci proteinu p53, který tlumí tvorbu a
  vývoj nádoru
• O desetiletí pozdeji se ukázalo, že zmnožení
  virových proteinu je urcující pro proteolytickou
  degradaci proteinu hostitelské bunky
• Tyto aktivity jsou nutné pro mnoho ruzných
  aspektu životního cyklu viru od vstupu do bunky,
  pres replikaci a zmnožení, až po opuštení bunky
  virem

13
2.1 Vstup viru do bunky

• Vstup viru do bunky ruzné prekážky, napr.
  imunitní dohled, zablokování bunecného cyklu v
  dusledku virové replikace, sebevražedná apoptická
  smrt bunky
• Jedna ze spolecných prekážek obrovská
  stechiometrická nerovnováha cílových proteinu
  hostitele gt mnoho viru vyvinulo mechanizmy,
  pomocí nichž jsou bunecné cílové proteiny
  smerovány do 26S proteazomu a vystaveny
  proteolytické degradaci

14
2.2 Oznacení cílových proteinu

• Vysoce specifický proces
• Nejcasteji využití E3 ubikvitin ligázy - muže být
  kódována prímo virem nebo muže být ligázou
  hostitelské bunky, která byla presmerována do
  substrátu
• Tak mohou být rozpoznány substráty, které by za
  normálních okolností nebyly rozeznány

15
Degradace proteinu oznaceného ubikvitinem a
spolecné body vstupu viru do bunky Ve vetšine
prípadu virus zasahuje v kroku E3 ubikvitin
ligázy. Ta muže být kódována virem nebo muže být
bunecnou ligázou, která je bud presmerována, nebo
stimulována jiným virovým proteinem. Intenzivne
ubukvitinovaný cílový protein je pak degradován v
proteazomu.
16
Príklady využití ubikvitin ligáz

• Lidský papillomavirus (HPV) obsahuje E6
  protein, který stimuluje ubikvitinizaci a
  degradaci bunecného proteinu, potlacujícího
  nádorové bujení protein p53
• virus stomatitidy, virus vztekliny interakce
  jejich matrix proteinu s bunecnou ubikvitin
  ligázou Nedd4 (pri opuštení bunky virem)
  neznámý mechanizmus
• virus Epstein-Barrové - virový membránový protein
  2a presmeruje aktivitu Nedd4 gt oznacení
  B-bunecných tyrozin kináz k degradaci v
  proteazomu gt zmena signalizace B-bunecných
  receptoru gt vznik latentní virové infekce

17
3. Modelové situace3.A HPV vs protein ICP0

• Herpes virus simplex (HSV-1) gt protein ICP0 -
  jeden z prvních virových proteinu, který se
  projevuje pri reaktivaci z latence
• Aktivita ICP0 je závislá na své lokalizaci
  v jaderné strukture, známé jako ND10
• Prítomnost ICP0 vede k degradaci dvou hlavních
  ND10 komponent - antigenu promyelocytické
  leukémie (PML) a Sp100 - a tím k rozpadu ND10
  (nekdy pod názvem POD)

18

• Nutný aspekt pro funkci ICP0 proteinu
  RING-fingers (Really Interesting Gene) na
  N-terminálním konci
• RING-fingers usnadnují transfer ubikvitinu (nebo
  molekul jemu podobných) z E2 enzymu na
  heterologní substráty
• Proteiny obsahující RING-fingers vytvárí nejvetší
  známé trídy E3 ligáz a objevují se v mnoha
  bunecných procesech

19

• Ztráta funkcí RING-prstu - devastující efekt na
  vetšinu aktivit proteinu
• Presto zustává zachována C-terminální cást, která
  obsahuje jaderný lokalizacní signál (NLS) a
  vazebnou stranu pro ubikvitin specifickou
  proteázu USP7
• USP7 se zapojuje do deubikvitinace a stabilizace
  p53 gt oddelení tohoto proteinu od ICP0 muže být
  duvod zmeny aktivity p53
• Mj. cílovými proteiny ICP0 jsou katalytické
  podjednotky DNA-PK a dva proteiny centromer
  CENP-A a CENP-C

20

• ICP0 muže také vázat a stabilizovat cyklin D3 a
  premístovat ho do ND10
• To zpusobuje tvorbu aktivního komplexu cyklinu D3
  a cyklické dependentní kinázy 4 (cdk4), který
  fosforyluje pRb supresor tumoru gt podpora
  progrese G1 fáze
• Jedna z funkcí tohoto komplexu je podporovat
  ubikvitinaci a degradaci cyklinu D1
• D cykliny jsou normálne uplatneny v podpore
  prechodu bunecného cyklu pres G1 až S fáze, takže
  další vysoké hladiny techto proteinu by
  pravdepodobne držely hostitelskou bunku ve stavu
  replikacní pohotovosti, což je ideální prostredí
  pro replikaci geonomu viru

21
Shrnutí modelu (HPS)-1 vs ICP0

• ICP0 tedy interaguje s 26S proteazomem dvema
  zpusoby RING-prsty se uplatnují jako E3, což
  vede k degradaci komponent ND10 a centromer, a
  tím k napomáhání virové transkripci
• Doména C-terminálního konce pusobí jako
  pseudo-E3, kompetitivne inhibující proteazomální
  degradaci cyklinu D1, což podporuje bunecné
  prostredí, které je prospešné virové replikaci DNA

22
Infekce virem Herpes simplex (HSV-1) - bunecný
protein ICP0 navozuje degradaci PML a Sp100,
zprostredkovanou interakcí E2 enzymu (UbcH5a/H6)
s RING sekvencí C-terminální polovina ICP0 také
interaguje s další soucástí enzymu E2 cdc34,
která je obsažena v D1 cyklinu ICP0 stabilizuje
D cykliny, díky cemuž se muže chovat jako
pseudo-E3 enzym
23
3.B Adenovirus vs E4-orf6-E1B55k-cullin komplex

• V bunce infikované a transformované adenovirem je
  hladina p53 snížena
• Duvodem - asociace virových proteinu E155K a
  E4orf6 proteinu s p53
• E155K a E4orf6 se vážou na p53 svými N a C konci,
  a naopak, cože vede k proteazom dependentní
  redukci délky života proteinu p53 na polovinu

24

• Systém využívá von Hippel-Lindau (VHL)
  tumor-supresorového komplexu
• Jeho soucástí - Elongin BC, na který se váže
  E4orf6 protein, a rodina látek zvané culliny a
  Rbx1
• Celý komplex E2 ubikvitin ligáza, která je
  posilována E1B55K s cílem degradace p53
  zprostredkované proteazomem

25
Ubikvitin ligázový komplex E1B55K-E4orf6-cullin
navozuje degradaci p53 tumor-supresorového
proteinu E1B55K a E4orf6 se oba prímo vážou na
p53
26
4. Záver

• Užití proteazomu ruznými virovými proteiny
  zduraznuje centrální duležitost bunecných cest
  pro mnoho úspešných virových infekcí.
• Za normálních podmínek by tumor-supresorový
  protein p53 zastavil abnormální proliferaci bunek
  a/nebo navodil apoptózu, presto v nekterých
  situacích dochází k transformacím a malignitám.
• Hlavními cíly je prozkoumat a využít degradacní
  strategie viru v terapii rakoviny a antivirové
  terapii celkove.